FR3129157A1 - Système de revêtement intérieur pour cuve d’électrolyse - Google Patents
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Abstract
Une cuve d’électrolyse comprenant un caisson comportant des parois latérales incluant une paire de parois longitudinales et une paire de parois transversales, une cathode à l’intérieur du caisson, et un revêtement latéral incluant une couche interne en périphérie de la cathode et une couche externe jouxtant les parois latérales du caisson en périphérie de la couche interne, le revêtement latéral s’étendant verticalement au-delà de la cathode, caractérisée en ce que la couche interne comprend des segments incluant un segment nominal et un segment conducteur disposés l’un à la suite de l’autre le long d’une paroi latérale des parois latérales du caisson; le segment nominal ayant une conductivité thermique nominale et le segment conducteur ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale, le segment conducteur jouxtant une zone de sollicitation thermique accrue de la cuve. Une fonderie comprenant une cuve d’électrolyse ayant les caractéristiques précitées. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente technologie concerne les systèmes de revêtement pour cuve d’électrolyse, les cuves d’électrolyse munies de tels systèmes ainsi que les alumineries comprenant des cuves d’électrolyses munies de tels systèmes.
PRÉSENTATION DE L’ART ANTÉRIEUR
Communément, la production d’aluminium à l’échelle industrielle s’effectue en aluminerie, et ce par électrolyse à partir d’alumine selon le procédé de Hall-Héroult. La mise en œuvre de ce procédé requiert une cuve d'électrolyse comprenant un caisson typiquement construit d’acier et bordé d’un revêtement intérieur typiquement construit de matériaux réfractaires. Un fond de la cuve comprend un ensemble cathodique ayant une cathode formée d’au moins un bloc cathodique typiquement construit de matériau carboné, laquelle est parcourue par des conducteurs électriques de l’ensemble cathodique destinés à y collecter un courant d'électrolyse pour le conduire à des sorties cathodiques. Le dessus de l’ensemble cathodique et le revêtement définissent un creuset destiné à contenir un bain de cryolithe fondue, aussi appelé bain électrolytique, dans lequel l'alumine peut être dissoute pour donner forme à une nappe d’aluminium au fond du creuset, s’accumulant sur l’ensemble cathodique. La cuve d’électrolyse comprend également au moins un bloc anodique suspendu à un support anodique, tel qu’une tige et une traverse, le bloc anodique étant plongé partiellement dans le bain électrolytique, au-dessus des blocs cathodiques. Un conducteur électrique d’amont achemine le courant d'électrolyse jusqu'à l’ensemble anodique, soit depuis une source ou alors depuis une sortie cathodique d’une cuve d’électrolyse en amont, tel que requis pour que la réaction d’électrolyse puisse avoir lieu dans le bain en présence d’un bloc anodique adéquatement positionné et d’une température adéquate, entre autres conditions. En cours de réaction, le passage du courant électrolytique vers l’ensemble cathodique s’effectue depuis le bloc anodique, via le bain électrolytique et la nappe de métal. La cuve est souvent constituée et conduite de façon à entraîner la formation d’un talus de bain solidifié sur les parois latérales de la cuve. Le talus se forme généralement par un mécanisme de refroidissement. Tel que discuté ci-dessous, une formation homogène de talus le long des parois de la cuve est souhaitable.
La demande de brevet français no 14/01518 enseigne l’utilisation de blocs de parement interne en superposition à une couche externe du revêtement. Toutefois, même en présence de ces blocs de parement, la gestion de la température du bain électrolytique et de la formation du talus en vis-à-vis du métal demeure un enjeu.
La demande de brevet français no 98/05040 enseigne l’utilisation de moyens d’évacuation et de dissipation de la chaleur produite par la cuve d’électrolyse mis en place à l’extérieur du caisson, présentés sous forme de moyens de soufflage pouvant être dirigés sur le caisson généralement vers l’interface entre la nappe de métal et le bain d’électrolyte. Néanmoins, la gestion de la température depuis l’intérieur du creuset est aussi déterminante, notamment en ce qui a trait à la formation d’un talus réparti de manière adéquate tout autour du creuset. Notamment, une dissipation thermique trop importante peut induire une formation de talus excessive pouvant éventuellement interférer avec la descente des blocs anodiques. D’autre part, une dissipation thermique insuffisante peut induire une formation insuffisante de talus, exposant le revêtement latéral de la cuve à la nappe d’aluminium, laissant place à une usure prématurée des blocs de revêtement.. Une répartition déficiente du talus est donc préjudiciable au bon fonctionnement du procédé d’électrolyse, à la durée de vie de certaines composantes de la cuve, et par le fait même au rendement de la cuve.
RÉSUMÉ DE LA TECHNOLOGIE
Un des buts de la présente technologie vise à pallier les inconvénients susmentionnés. Pour ce faire, la présente technologie propose une cuve d’électrolyse comprenant un système de revêtement intérieur configuré pour permettre une gestion des transferts de chaleur depuis l’intérieur d’un creuset de la cuve jusqu’à l’extérieur d’un caisson de la cuve, favorisant une création homogène de talus à l’intérieur du creuset jouxtant une couche interne dudit système de revêtement intérieur.
Un second objectif d’au moins une réalisation de la technologie proposée est de répartir uniformément les pertes thermiques sur les parois latérales tout autour de la cellue d’électrolyse afin de stabiliser le bilan thermique de la cellule, ainsi que la formation d'un talus stable et uniforme qui assure une durée de vie élevée de la cellule.
Selon un aspect, la présente technologie a pour objet une cuve d’électrolyse comprenant un caisson comportant des parois latérales incluant une paire de parois longitudinales et une paire de parois transversales, une cathode à l’intérieur du caisson, et un revêtement latéral incluant une couche interne en périphérie de la cathode et une couche externe jouxtant les parois latérales du caisson en périphérie de la couche interne, le revêtement latéral s’étendant verticalement au-delà de la cathode, caractérisée en ce que la couche interne comprend des segments incluant un segment nominal et un segment conducteur disposés l’un à la suite de l’autre le long d’une paroi latérale des parois latérales du caisson; le segment nominal ayant une conductivité thermique nominale et le segment conducteur ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale, le segment conducteur jouxtant une zone de sollicitation thermique accrue de la cuve.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale est une paroi longitudinale amont de la paire de parois longitudinales située en amont de la cathode, le segment nominal s’étend depuis un centre longitudinal de la cathode vers une extrémité de la paroi longitudinale amont, et le segment conducteur s’étend depuis à proximité de l’extrémité de la paroi longitudinale amont vers le centre longitudinal.
Selon un mode de réalisation, le segment conducteur est situé dans une zone présentant un écoulement normal à ladite paroi latérale, ledit écoulement induit par un champ magnéto-hydrodynamique dans le contenu de la cuve.
Selon un mode de réalisation, le segment conducteur est un premier segment conducteur, une paroi longitudinale aval de la paire de parois longitudinales est située en aval de la cathode, et les segments incluent un deuxième segment conducteur s’étendant depuis le centre longitudinal de la cathode vers une extrémité de la paroi longitudinale aval, le deuxième segment conducteur ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale.
Selon un mode de réalisation, les segments incluent un segment isolant s’étendant le long de ladite paroi latérale, le segment isolant ayant une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique nominale.
Selon un mode de réalisation, le premier segment conducteur a une première conductivité thermique et le deuxième segment conducteur a une deuxième conductivité thermique inférieure à la première conductivité thermique.
Selon un mode de réalisation, les segments incluent un segment isolant s’étendant depuis à proximité de l’extrémité de la paroi longitudinale aval vers le centre longitudinal de la cathode, le segment isolant ayant une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique nominale.
Selon un mode de réalisation, le premier segment conducteur et le deuxième segment conducteur sont axialement décalés relativement à un axe transversal de la cathode.
Selon un mode de réalisation, le segment isolant est construit d’un matériau de type anthracitique, semi-graphitique ou graphitique.
Selon un mode de réalisation, le segment nominal est un premier segment nominal, et les segments incluent un deuxième segment nominal disposé entre le deuxième segment conducteur et le segment isolant, le deuxième segment nominal ayant la conductivité thermique nominale.
Selon un mode de réalisation, les segments incluent un segment conducteur transversal s’étendant depuis un centre transversal de la cathode le long d’une paroi transversale de la paire de parois transversales et un segment nominal transversal situé à proximité d’une extrémité de la paroi transversale en aval du centre transversal, le segment nominal transversal ayant la conductivité thermique nominale et le segment conducteur transversal ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale.
Selon un mode de réalisation, le segment nominal transversal a la conductivité nominale et le segment conducteur transversal a la deuxième conductivité thermique.
Selon un mode de réalisation, le segment nominal est construit dans un matériau de type semi-graphitique, graphitique ou graphitisé, et le segment conducteur est construit dans un matériau de type graphitique, graphitisé ou sur-graphitisé.
Selon un autre aspect, la présente technologie a pour objet une aluminerie caractérisée en ce qu’elle comprend une cuve d’électrolyse ayant les caractéristiques précitées.
Selon un mode de réalisation, l’aluminerie comprend un moyen de refroidissement disposé à l’extérieur des parois latérales du caisson, caractérisée en ce que le moyen de refroidissement est agencé à la couche interne du revêtement latéral de sorte que le moyen de refroidissement ait une densité plus grande vis-à-vis une portion du caisson longeant le segment conducteur que vis-à-vis une portion du caisson longeant le segment nominal.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages et caractéristiques de la présente technologie ressortiront de la description ci-après de plusieurs variantes d’exécution données à titre d’exemples non limitatifs, dont certaines en référence aux dessins annexés dans lesquels :
Claims (15)
- Cuve d’électrolyse (10) comprenant un caisson (20) comportant des parois latérales (22A, 22B, 24G, 24D) incluant une paire de parois longitudinales (22A, 22B) et une paire de parois transversales (24G, 24D), une cathode (40) à l’intérieur du caisson (20), et un revêtement latéral (30) incluant une couche interne (80) en périphérie de la cathode (40) et une couche externe (90) jouxtant les parois latérales (22A, 22B, 24G, 24D) du caisson (20) en périphérie de la couche interne (80), le revêtement latéral (30) s’étendant verticalement au-delà de la cathode (40), caractérisée en ce que :
la couche interne (80) comprend des segments (84, 86, 88) incluant un segment nominal (84) et un segment conducteur (86) disposés l’un à la suite de l’autre le long d’une paroi latérale des parois latérales (22A, 22B, 24G, 24D) du caisson (20);
le segment nominal (84) ayant une conductivité thermique nominale et le segment conducteur (86) ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale, le segment conducteur (86) jouxtant une zone de sollicitation thermique accrue de la cuve (10). - Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 1, dans laquelle la paroi latérale est une paroi longitudinale (22A) amont de la paire de parois longitudinales (22A, 22B) située en amont de la cathode (40), le segment nominal (84) s’étend depuis un centre longitudinal (CL) de la cathode (40) vers une extrémité de la paroi longitudinale (22A) amont, et le segment conducteur (86) s’étend depuis à proximité de l’extrémité de la paroi longitudinale (22A) amont vers le centre longitudinal (CL).
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le segment conducteur (86) est situé dans une zone (Z1) présentant un écoulement normal à ladite paroi latérale (22A), ledit écoulement induit par un champ magnéto-hydrodynamique dans le contenu de la cuve.
- Cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le segment conducteur (86) est un premier segment conducteur (86A), une paroi longitudinale aval (22B) de la paire de parois longitudinales (22A, 22B) est située en aval de la cathode (40), et les segments (84, 86, 88) incluent un deuxième segment conducteur (86B) s’étendant depuis le centre longitudinal (CL) de la cathode (40) vers une extrémité de la paroi longitudinale aval (22B), le deuxième segment conducteur (86B) ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale.
- Cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les segments (84, 86 et 88) incluent un segment isolant (88) s’étendant le long de ladite paroi latérale, le segment isolant (88) ayant une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique nominale.
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 4 ou selon les revendications 4 et 5, dans laquelle le premier segment conducteur (86A) a une première conductivité thermique et le deuxième segment conducteur (86B) a une deuxième conductivité thermique inférieure à la première conductivité thermique.
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 4, dans laquelle les segments (84, 86, 88) incluent un segment isolant (88) s’étendant depuis à proximité de l’extrémité de la paroi longitudinale aval (22B) vers le centre longitudinal (CL) de la cathode (40), le segment isolant (88) ayant une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique nominale.
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 6, dans laquelle le premier segment conducteur (86A) et le deuxième segment conducteur (86B) sont axialement décalés relativement à un axe transversal (CT) de la cathode (40).
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 7, dans laquelle le segment isolant (88) est construit d’un matériau anthracitique, semi-graphitique ou graphitique.
- Cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle le segment nominal (84) est un premier segment nominal (84A), et les segments (84, 86, 88) incluent un deuxième segment nominal (84B) disposé entre le deuxième segment conducteur (86B) et le segment isolant (88), le deuxième segment nominal (84) ayant la conductivité thermique nominale.
- Cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les segments (84, 86, 88) incluent un segment conducteur transversal (86C) s’étendant depuis un centre transversal (CT) de la cathode (40) le long d’une paroi transversale de la paire de parois transversales (24G, 24D) et un segment nominal transversal (84C) situé à proximité d’une extrémité de la paroi transversale en aval du centre transversal (CT), le segment nominal transversal (84C) ayant la conductivité thermique nominale et le segment conducteur transversal (86C) ayant une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique nominale.
- Cuve d’électrolyse (10) selon la revendication 11 en ce qu’elle dépend de la revendication 6, dans laquelle le segment nominal transversal (84C) a la conductivité nominale et le segment conducteur transversal (86C) a la deuxième conductivité thermique.
- Cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, dans laquelle le segment nominal (84) est construit dans un matériau semi-graphitique, graphitique ou graphitisé, et le segment conducteur (86) est construit dans un matériau graphitique, graphitisé ou sur-graphitisé.
- Aluminerie, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins une cuve d’électrolyse (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
- Aluminerie selon la revendication 14, comprenant un moyen de refroidissement disposé à l’extérieur des parois latérales du caisson, caractérisée en ce que le moyen de refroidissement est agencé à la couche interne du revêtement latéral de sorte que le moyen de refroidissement ait une densité plus grande vis-à-vis une portion du caisson longeant le segment conducteur que vis-à-vis une portion du caisson longeant le segment nominal.
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